Консультация № 197416
14.12.2019, 17:21
0.00 руб.
0 4 2
Уважаемые эксперты! Пожалуйста, помогите решить задачу:
Материальная точка массой 2 г совершает гармонические колебания. В некоторый момент времени смещение точки x = 5 см, скорость равна 20 см/с, ускорение равно 80 см/с2. Найдите круговую частоту, период, фазу колебаний в заданный момент времени, а также амплитуду и полную энергию колеблющейся точки.

Обсуждение

давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
19.12.2019, 14:04
общий
Адресаты:
Я уже решил Вашу задачу.
Пишу Ответ Вам. Надеюсь успеть отправить его до закрытия Консультации.
давно
Старший Модератор
312929
1973
19.12.2019, 14:55
общий
это ответ
Здравствуйте, lera.borisenko.2001!

Для точки, совершающей гармонические колебания, зависимость её смещения x, скорости v и ускорения a от времени описывается уравнениями:



где A - амплитуда колебаний, [$934$](t) = [$969$]t + [$966$][sub]0[/sub] - фаза колебаний в момент времени t, [$969$] - круговая частота, [$966$][sub]0[/sub] - начальная фаза колебаний.
Из первого и третьего уравнений видно, что

в любой момент времени, откуда

В данном случае для x = 5 см и a = 80 см/с[sup]2[/sup] имеем

Аналогично, из первого и второго уравнений следует, что в момент времени t

откуда

В данном случае для x = 5 см, v = 20 см/с и [$969$] = 4 с[sup]-1[/sup] получаем

откуда [$934$] = [$960$]/4 или [$934$] = 3[$960$]/4. Тогда из первого уравнения

Период колебаний связан с круговой частотой простым соотношением:

Наконец, полная энергия колеблющейся материальной точки с массой m = 2 г будет равна
эрг.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
19.12.2019, 15:05
общий
это ответ
Здравствуйте, lera.borisenko.2001!
Дано: m=2 г, x = 5 см, Vt=20 см/с, at=-80 см/с2.
Вычислить [$969$], период T , фазу [$966$] , Амплитуду А и полную энергию W .
Решение : Ваша задача не имеет решения в действительных числах. Мне пришлось поискать и просмотреть много похожих задач в интернете, чтоб заметить и исправить ошибку в Условии Вашей задачи. Я исправил "ускорение равно 80 см/с2" на отрицательное -80 см/с2 .

В общем случае гармоническое колебание описывается формулой зависимости смещения y(t) от времени t :
y(t) = y0 + A·sin([$969$]·t + [$966$]0) , где y0 - некое смещение от центральной точки колебания, A - амплитуда,
[$969$] - угловая скорость, t - текущее время, [$966$]0 - начальная фаза. Но при таком избыточном количестве параметров задача имеет бесчисленное множество решений. Ограничимся для решения самыми главными параметрами:
y(t) = A·sin([$969$]·t)
Чтоб учесть заданные в Условии константы, составим систему уравнений:
y(t,A,[$969$])=x
V(t,A,[$969$])=Vt
y(t,A,[$969$])=at
Вычисления удобно делать в бесплатном приложении ru.wikipedia.org/wiki/Mathcad . Маткад вычисляет всё быстро и страхует от ошибок типа "человеческий фактор". Маткад-скриншот прилагаю. Я добавил в него подробные комментарии зелёным цветом.

Ответ : круговая частота = 4 рад/сек, период = [$960$]/2 = 1,57 сек, фаза колебаний в заданный момент времени = 45°, амплитуда = 7,07 (5·[$8730$]2) см, полная энергия 80 мкДж.

Решения самых похожих задач см Точка совершает гармонич колебания znanija.com/task/16922417 ,
В некоторый момент времени смещение мат-точки, совершающей гармонические колебания… znanija.com/task/4234429
Если возникнут вопросы, задавайте их в мини-форуме Вашей Консультации.
давно
Мастер-Эксперт
259041
7459
20.12.2019, 08:39
общий
Жульство с модулем [$969$]=[$8730$](|a/x|) в Ответе #279303 бракуется проверочным тестом и противоречит пониманию физического смысла гармонического колебания. Если, например, мат-точка отклонилась вверх (x(t)>0), то вектор скорости может быть разного знака в зависимости от фазы, но вектор ускорения ВСЕГДА имеет противоположный знак (в данном случае a<0) и "старается" возвратить мат-точку к нулю.
Прилагаю для наглядности График синусоиды для сопоставления знаков x(t) и a(t) .
Прикрепленные файлы:
99c82e26cef54c44c94e2f8d6541c015.png
Форма ответа